| 【発明の名称】 |
高真空・高圧バルブ及び高圧熱分析装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】杉山 毅
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| 【要約】 |
【課題】高真空と高加圧を繰り返す圧力容器と真空ポンプとの間に介装できる高真空・高圧バルブを提供する。
【解決手段】真空ポンプ２と、真空排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器１との間に介装され、真空排気時に開かれ、高圧ガス導入時に閉じられる高真空・高圧バルブ３Ａであり、隔壁１４によって互いに仕切られた圧力容器１側に接続される第１室１２と真空ポンプ２側に接続される第２室１３とを有するケーシング１１と、隔壁１４に形成されて第１室１２と第２室１３を連絡する開口１５と、開口１５の周囲に確保された弁座１６と、第１室１２側に配されると共に弁座１６に対して接触離脱可能とされた弁体１７と、一端が弁体１７に連結され他端が第２室１３の壁を気密に貫通して外部に導出された弁体開閉用のシャフト２０とを備えている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 真空ポンプと、該真空ポンプにより真空排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器との間の真空排気路の途中に介装され、真空排気時に開かれると共に、高圧ガス導入時に閉じられる高真空・高圧バルブにおいて、隔壁によって互いに仕切られた、前記圧力容器側に接続される第１室と真空ポンプ側に接続される第２室とを有するケーシングと、前記隔壁に形成されて前記第１室と第２室を連絡する開口と、該開口の周囲に確保された弁座と、前記第１室側に配されると共に、前記弁座に対して接触離脱可能とされた弁体と、一端が前記弁体に連結され、他端が前記第２室の壁を気密に貫通して外部に導出された弁体開閉用の操作部材とを備えてなることを特徴とする高真空・高圧バルブ。
【請求項２】 真空排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器の内部に熱分析用電気炉を装備し、前記圧力容器と該圧力容器内を真空排気する真空ポンプとの間の真空排気路の途中に請求項１記載の高真空・高圧バルブを介装したことを特徴とする高圧熱分析装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高真空・高圧バルブ、及びそのバルブを装備した高圧熱分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、高圧熱分析装置のように、材料を高圧容器内にセットする装置において、加圧する前の大気が被加圧物に対して不純物として影響する場合、加圧する前に高圧容器を真空排気する必要がある。このような場合、高圧容器と真空ポンプとの間にバルブを設け、真空排気するときにはバルブを開いて内部ガスを排気し、その後、バルブを閉じて高圧ガスを導入して、容器内を加圧するようにしている。
【０００３】ところで、高圧容器内の不純ガスをより完全に取り除くためには、真空排気時の真空度を上げる必要があり、そのためにはバルブの口径を大きくして排気速度を上げる必要がある。しかし、バルブの口径を大きくすると、バルブを閉じて加圧した場合に、そのバルブの口径に対応してバルブに大きな荷重が作用する。例えば、口径１０ｃｍ2 のバルブの場合、そのバルブの面積は５×５×πｃｍ2 となり、仮に容器内圧を１０ｋｇ／ｃｍ2 とした場合、バルブ全体に作用する力は７８５ｋｇとなり、一般の高圧バルブでは荷重に耐えられなくて破損する可能性がある。
【０００４】例えば、従来一般に市販されている高真空バルブとして、アングルバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブなどがあるが、これらを上記の用途に使用するにはそれぞれに問題がある。以下、各バルブの構成とその問題点について簡単に述べる。
【０００５】図３はアングルバルブの一例を示している。このバルブ１０１Ａは、３つのフランジ１０２、１０３、１０４を有するＴ字形の本体１０５に、弁体１０７を組み込み、カバー１１２を取り付けたものであり、直交する関係にある第１、第２のフランジ１０２、１０３に、それぞれ管路を接続するようになっている。弁体１０７は、第１のフランジ１０２の内面側に設けた弁座１０６に、Ｏリング１０８を介して気密に密着できるように設けられている。カバー１１２は、第１のフランジ１０２と対向する第３のフランジ１０４にＯリング１１８を介して固定されており、このカバー１１２に形成されたボス部に、弁体１０７を開閉操作するためのシャフト１１０が、Ｏリング１１３を介して気密に貫通配備されている。このシャフト１１０は、先端が弁体１０７に連結されており、外部のハンドル１１５を回すことで、ネジ部１４の作用により、弁体１０７を、弁座１０６に対して密着させたり、弁座１０６から離間させたりすることができるようになっている。
【０００６】このバルブ１０１Ａを高圧容器と真空ポンプ間に取り付けて使用する場合、第１のフランジ１０２側に高圧容器を接続すると、加圧した際に弁体１０７に大きな力が作用することになり、シャフト１１０あるいはネジ部１４が破損することが考えられる。一方、第２のフランジ１０２側に高圧容器を接続すると、弁体１０７よりも高圧容器側にシャフト１１０の貫通部分が位置することになるので、真空排気した状態において、当該シャフト１１０の貫通部分を通しての外部からのガスリークが問題となる。
【０００７】また、図４に示すアングルバルブ１０１Ｂは、特に外部からのガスリークが問題となる場合に利用されるものである。このバルブ１０１Ｂでは、弁体１０７の開閉機構であるシャフト１１０の貫通部分からのガスリークを防止するように、弁体１０７とカバー１１２の間に、シャフト１１０を覆うベローズ１１７を溶接して取り付けている。
【０００８】このバルブ１０１Ｂの場合は、第２のフランジ１０２側に高圧容器を接続した際の真空排気状態における外部からのガスリークの問題は解消可能であるが、高圧に加圧した際にベローズ１１７に外部から大きな力が作用することになり、ベローズ１１７が破損するおそれがある。
【０００９】従って、上記従来のアングルバルブ１０１Ａ、１０１Ｂは、高真空・高圧バルブとして使用するには問題があった。
【００１０】図５（ａ）、（ｂ）はバタフライバルブの一例を示している。このバルブ１２１は、リング状の本体ケーシング１２３に、円盤状の弁体１２５をシャフト１２４で回動可能に取り付けたものである。弁体１２５は、その直径方向に配したシャフト１２４にネジ１２６で取り付けられており、弁体１２５の外周にはＯリング１２７が嵌められている。そして、開閉レバーハンドル１２８を操作することにより、シャフト１２４を介して弁体１２５を回転させ、バルブの開閉を行うようになっている。
【００１１】このバルブ１２１を上記の用途に使用する場合、本体ケーシング１２３の一方のフランジ面を真空ポンプ側に接続し、他方のフランジ面を高圧容器側に取り付けて使用することになるが、弁を閉じて高圧に加圧した際に、弁体１２５に作用する力が一本のシャフト１２４に曲げ荷重として作用することになるため、高真空・高圧バルブとして使用することはできない。
【００１２】図６（ａ）、（ｂ）はゲートバルブの一例を示している。このゲートバルブ１４１は、第１、第２のフランジ１４２ａ、１４２ｂを有する本体ケーシング１４２の内部にスライド空間１４３を形成し、そのスライド空間１４３に弁体１４５をスライド自在に配したものである。弁座１４４は第１のフランジ１４２ａの内面側に形成されており、その弁座１４４に弁体１４５がＯリング１４６を介して密着するようになっている。また、弁体１４５の背後には、弁体１４５を弁座１４４に密着させるための弁体押さえ機構１４８が設けられ、弁体１４５の側方には、弁体１４５をスライドさせるスライド操作機構１４７が設けられている。
【００１３】このバルブ１４１を高圧容器に取り付けて使用する場合、図の下側の第１のフランジ１４２ａ側に高圧容器を接続すると、加圧した際に弁体１４５に大きな力が作用し、弁体押さえ機構１４８が破損することが考えられる。一方、図の上側の第２のフランジ１４２ｂ側に高圧容器を接続すると、弁体１４５よりも高圧容器側にスライド操作機構１４７が位置することになるので、真空排気した状態において、当該スライド機構１４７部分を通しての外部からのガスリークが問題となる。
【００１４】そこで、図４に示すものと同様に、スライド操作機構１４７にベローズを設けたものを使用することも考えられるが、そうすると、高圧容器を高圧に加圧した際にベローズに外部から大きな力が作用することになり、ベローズが破損するおそれがある。
【００１５】従って、上記従来のゲートバルブ１４１は、高真空・高圧バルブとして使用するには問題があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来公知のバルブはいずれも、高真空・高圧バルブとして使用するには問題があり、高圧熱分析装置のように高真空と高加圧を維持する必要のある用途には使用できなかった。
【００１７】本発明は、上記事情を考慮し、高真空と高加圧を維持する必要のある用途に使用できる高真空・高圧バルブ、及びそのバルブを使用した高圧熱分析装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の高真空・高圧バルブは、真空ポンプと、該真空ポンプにより真空排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器との間の真空排気路の途中に介装され、真空排気時に開かれると共に、高圧ガス導入時に閉じられる高真空・高圧バルブにおいて、隔壁によって互いに仕切られた、前記圧力容器側に接続される第１室と真空ポンプ側に接続される第２室とを有するケーシングと、前記隔壁に形成されて前記第１室と第２室を連絡する開口と、該開口の周囲に確保された弁座と、前記第１室側に配されると共に、前記弁座に対して接触離脱可能とされた弁体と、一端が前記弁体に連結され、他端が前記第２室の壁を気密に貫通して外部に導出された弁体開閉用の操作部材とを備えてなることを特徴とする。
【００１９】請求項２の発明の高圧熱分析装置は、真空排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器の内部に熱分析用電気炉を装備し、前記圧力容器と該圧力容器内を真空排気する真空ポンプとの間の真空排気路の途中に請求項１記載の高真空・高圧バルブを介装したことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態の高圧熱分析装置５０Ａの概略構成を示す断面図である。この高圧熱分析装置５０Ａでは、圧力容器１の内部に熱分析用電気炉３０を装備し、圧力容器１と、この圧力容器２内を真空排気する真空ポンプ２との間の真空排気経路途中に、本発明の高真空・高圧バルブ３Ａを介装している。
【００２１】まず、このバルブ３Ａから説明する。バルブ３Ａのケーシング１１には、流路方向に隔壁１４で仕切られた第１室１２と第２室１３とが設けられている。第１室１２は圧力容器１に直結され、第２室１３は管路２５を介して真空ポンプ２に接続されている。隔壁１４には、第１室１２と第２室１３を連絡する開口１５が設けられ、この開口１５の第１室側の周囲には弁座１６が設けられている。そして、第１室１２側に、弁座１６に対して接触離脱可能とされた弁体１７が配されている。弁体１７の背面の弁座１６に対する密着面には、Ｏリング１９が設けられている。
【００２２】弁体１７の背面中央には、第２室１３側からシャフト（弁体開閉用の操作部材）２０が連結されている。シャフト２０の先端は、開口１５を挿通して、回転ジョイント１８により弁体１７の背面中央に結合されている。また、シャフト２０の基端は、前記隔壁１４と平行な第２室１３側のケーシング１１の外壁を貫通して外部に導出されている。その導出端には回転操作用のハンドル２１が設けられている。シャフト２０にはネジ部２２が設けられ、ケーシング１１の貫通孔にはそのネジ部２２の螺合するネジ孔２３が設けられている。そして、ハンドル２１でシャフト２０を回すことにより、ネジの作用で、弁体１７を開位置に操作したり閉位置に操作したりできるようになっている。なお、第２室１３のシャフト２０の貫通部分にはボス部２６が設けられ、そのボス部２６に、シャフト２０の貫通部分をシールするＯリング２４が配されている。
【００２３】高真空・高圧バルブ３Ａは、以上のように構成されて、圧力容器１と真空ポンプ２の間に介装されている。そして、高真空・高圧バルブ３Ａの第１室１２に、バルブ５付きの高圧ガス導入管４が接続され、第２室１３に真空計２９が接続され、圧力容器１に、ガス放出バルブ７付きのガス放出管６が接続されている。更に、必要に応じて、第１室１２と第２室１３とを連絡するスロー排気バルブ２８付きのスロー排気管路２７が設けられている。
【００２４】また、圧力容器１内に装備された熱分析用電気炉３０は周知のものであり、ヒータ３２を配した炉体３１と、感熱センサ３３と、感熱板３４と、基準試料載置部３７と、試料載置部３８とから構成されている。なお、圧力容器１には、熱分析用電気炉３０に対して試料等をセットするための図示略の蓋付きの開口部が形成されている。
【００２５】次に運転方法及び作用を説明する。まず、圧力容器１内を真空排気する場合は、ハンドル２１の操作によって弁体１７を上方の開位置まで移動させて真空ポンプ２を駆動する。真空排気した後で圧力容器１内を高圧に加圧する場合は、弁体１７を最下方に移動させて、弁体１７に取り付けられたＯリング１９を弁座１６に押し付けるようにする。
【００２６】この状態で、高圧ガス導入管４より高圧ガスを圧力容器１内及び第１室１２内に導入すると、弁体１７に大きな力が作用して、Ｏリング１９を弁座１６に押し付けるため、ガス漏れを確実に防止することができる。この場合、加圧時の力は弁体１７及び弁座１６のみに作用し、シャフト２０にはほとんど作用しない。従って、弁体１７と弁座１６部分の強度のみを考慮して構造設計を行えば、高真空や高圧に十分に耐えることができ、シャフト２０やその操作機構には、弁体１７を単に支えられるだけの強度を持たせるだけでよい。また、弁体１７よりも真空ポンプ２側にシャフト２０類が位置するので、シャフト２０の貫通部分からのガスリークの心配もない。
【００２７】なお、圧力容器１内を加圧した後で真空排気する場合には、ガス放出バルブ７を開いて圧力容器１の内部を常圧にしてから、高真空・高圧バルブ３Ａの弁体１７を開けばよいのであるが、圧力容器１内に僅かでもガスが残っている場合は、高真空・高圧バルブ３Ａの弁体１７に大きな力が作用して開閉が困難となることがある。そのような場合には、スロー排気バルブ２８を開いて、弁体１７の前後の第１室１２と第２室１３の圧力を同じにしてから、メインのバルブ３Ａの開閉を行うと、容易に開閉可能となる。
【００２８】図２は別の実施形態の高圧熱分析装置５０Ｂを示す。この実施形態では、高真空・高圧バルブ３Ｂの弁体４７のシール構造に若干の変更を加えている。即ち、弁体４７の主たる部分をなす円板部４７ａの下面中央に、隔壁１４の円形の開口１５に嵌合する円柱凸部４７ｂを形成し、その円柱凸部４７ｂの外周に、開口１５の内周面と円柱凸部４７ｂの外周面との隙間を気密に封止するＯリング４９を装着している。
【００２９】この構造では、弁体４７の円板部４７ａの下面が弁座１６に直接当接することで、弁体４７に作用する下向きの圧力を弁座１６で直接受けている。つまり、前の実施形態では、Ｏリング１９を介して弁体１７が弁座１６に当たっていたが、この実施形態では、Ｏリングを介さずに弁体４７の力を弁座１６が受けている。そして、円柱凸部４７ｂのＯリング４９のみでシールを行っており、このＯリング４９に対し、上下方向の力が及ばないようになっている。
【００３０】従って、一層のシール性能の向上が図れる。また、円柱凸部４７ｂが開口１５の内周によってガイドされるので、弁体４７の開閉操作性もよくなる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高真空・高圧バルブによれば、弁体を圧力容器に接続される第１室側に配置し、弁体の開閉操作部材を、真空ポンプに接続される第２室側に配置したので、弁体開閉操作部材に、圧力容器内を加圧した際の高い圧力が作用しないようにすることができる。しかも、弁体開閉操作部材は、弁体よりも真空ポンプ側に位置するので、弁体開閉操作部材の外部への貫通部分を通してのガスリークの問題も解消することができる。従って、高圧熱分析装置のように、高真空と高加圧を交互に繰り返すような用途にも適用することができ、高い信頼性をもって高圧熱分析装置の運転を行うことが可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１３７３９５
【氏名又は名称】株式会社マック・サイエンス
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| 【出願日】 |
平成１０年７月２９日（１９９８．７．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１３６２
【弁理士】
【氏名又は名称】阿仁屋 節雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−４６２４０（Ｐ２０００−４６２４０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月１８日（２０００．２．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２１４０４６ |
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